基于PLC的固定式壓縮機站控系統

陳 曦 湯雪松

(河北工業大學控制科學與工程學院，天津 300130)

隨著科學技術的發展，自控系統已經廣泛應用于化工生產的各個領域[1～4]。在工業生產過程中除了要保證產品質量外，還要保證生產過程的安全和高效。化工生產的原材料常為有毒氣體或液體，所以安全性需要極大的保障，這就要求在生產過程中各級監控環節能夠實時監控各項生產指標，控制系統精確地控制裝置各環節的正常運行，并在發生故障時及時報警。

筆者基于S7-200PLC設計某固定式壓縮機站的自控系統，在實際工程中用于叔碳酸的生產控制[5]。

控制系統的機械部分主要是固定式壓縮機站，采用YB3-315M-6-90KW型防爆電機，用于驅動泵機、風機及壓縮機等傳動機械，保障系統中潤滑油壓力、排氣壓力及排氣溫度等在正常工作范圍內，該電機在工作時的噪音低、振動小。電氣部分由非標啟動柜和機上控制元件組成，電源采用三相五線380V(AC)/50Hz。

由于該控制系統用于化工生產過程，工作環境惡劣，因而選用工作穩定且抗干擾能力強的S7-200PLC作為控制核心。顯示部分則選用TD200。

系統的現場數據采集、控制和顯示部分的結構如圖1所示。CPU226的接線如圖2 所示。系統采用壓力變送器測量潤滑油壓力、冷卻水壓力和排氣壓力，信號被轉換為4～20mA(DC)輸出，用于監控潤滑油壓力和冷卻水壓力穩定在0.0～1.0MPa，1～4級排氣壓力分別穩定在0.0～0.6MPa、0.0～2.0MPa、0.0～6.0MPa、0.0～16.0MPa。系統采用溫度變送器測量潤滑油的溫度和排氣溫度，信號也轉換為4～20mA(DC)輸出，監控潤滑油溫度穩定在-50～150℃，1～4級排氣溫度分別穩定在-50～250℃、-50～250℃、-50～250℃、-50～250℃。系統采用ABB變頻器控制壓縮機，在啟動環節，通過變頻器代替自耦變壓器，以減少電動機啟動電流對輸電線路的影響；在運行環節，當上述過程變量發生改變時，可通過變頻器的動態調頻使各變量穩定在設定范圍；在停車環節，變頻器設置為積分停車，實現電機緩慢停車以保護電機自身安全[6]。

2 控制策略

正常狀態按下電機運行按鈕，控制回路得到220V(AC)電壓，壓縮機開始工作，站控系統也開始監控現場的工況。通過S-16AD模塊采集現場數據，并將壓力及溫度等模擬信號轉換成數字信號送入PLC處理，在CPU得到實時數據后通過程序中的PID模塊計算現場氣動閥的開度控制各級壓力，通過控制現場加熱器來控制各級溫度，保證整個系統工作在設定范圍[7]。

為了實現現場氣動環節的快速動作，氣動閥PID參數要選取合理，此處PID參數整定是通過衰減曲線法得到的，整定成4∶1的衰減曲線。具體整定方法：先去掉積分和微分作用，將用純比例控制的比例帶整定為4∶1曲線，記下此時的比例帶δs和振蕩周期Ts，通過表1給出的經驗公式進行計算。

圖1 現場數據采集、控制和顯示控制系統結構示意圖

圖2 CPU226接線示意圖

調節規律調節器參數比例度δ/%積分時間Ti/min微分時間Td/minPδs--PI0．2δs0．5Ts-PID0．8δs0．3Ts0．1Ts

3 主程序

系統程序主要部分包括主程序、主站程序和子程序。控制系統主程序流程如圖3所示，粗略分為啟動系統、數據采集、參數比較、數據處理和動作控制5個部分。

子程序包括開關量控制、模擬量控制、加熱、翻頁、計時及數據采集等模塊。主程序通過調用各子程序完成控制任務，主站程序完成地址分配。圖4中，采集模塊用于現場信號采集，計時模塊用于記錄設備上電后工作的時長，開關量控制模塊用于處理現場按鈕的信號，模擬量控制模塊處理現場采集信號，顯示、賦值、翻頁處理或顯示TD200的信號。

圖3 主控流程

圖4 子模塊邏輯程序

4 結束語

筆者設計的固定式壓縮機站控系統，結構合理、能夠自動控制并調節整個生產過程，控制性能可靠，調節也及時高效。在有機酸的實際生產過程中，該系統實現了各環節的自動控制與調節，保證了生產過程的安全、穩定，提高了企業生產效率。

[1] 向曉漢,陸斌.西門子PLC高級應用實例精解[M].北京:機械工業出版社,2010.

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[5] 蔣文娟，朱安邦.壓縮機遠程監控系統的設計與實施[J].自動化博覽，2004,21(3)：22～23.

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[7] 金飛，許飛云.壓縮機組遠程監測與故障診斷系統及其應用[J].機械制造與自動化，2003，23(3)：61～63.